攝影測量技術(shù)及其發(fā)展歷史

　　1 前言
　　隨著(zhù)信息技術(shù)不斷發(fā)展，科技水平飛速提高，電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò )、出行工具等等都有了翻天覆地的變化，測繪技術(shù)也不例外。攝影測量學(xué)是測繪學(xué)的分支學(xué)科，它指的是通過(guò)影像研究信息的獲取、處理、提取和成果表達的一門(mén)信息科學(xué)。
　　2 什么是攝影測量
　　2.1攝影測量的作用和特點(diǎn)
　　攝影測量的主要任務(wù)是對地觀(guān)測，因此測繪各種比例尺的地形圖和專(zhuān)題圖，建立地形圖數據庫，并貯備各種地理信息系統的建立與更新時(shí)需要的基礎數據。另外攝影測量還廣泛應用在非地形測繪領(lǐng)域，比如對爆破、高溫、真空等危險現場(chǎng)進(jìn)行監測。
　　攝影測量的優(yōu)點(diǎn)主要體現在以下幾個(gè)方面：
　　影像記錄的物體目標客觀(guān)、信息豐富、圖像清晰，人們可以比較方便的獲得所需要的幾何或物理信息。將影像信息作為制圖的依據具有非常突出的優(yōu)勢。
　　攝影測量不需要接觸被測目標實(shí)物，因此測量作業(yè)不受工作現場(chǎng)條件的約束。例如對滑坡、泥石流等地質(zhì)災害的監測具有危險性，不可能讓人去現場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地觀(guān)測，攝影測量手段的應用就顯得尤為重要了。
　　攝影測量可以繪制動(dòng)態(tài)變化或移動(dòng)的目標。影像記錄是對目標物體某時(shí)刻狀態(tài)的真實(shí)反映，因此攝影測量可以用來(lái)研究動(dòng)態(tài)的目標。并且，這種研究是整體、全面、同時(shí)的，而非局部、片面、有時(shí)差的。例如研究液體、氣體等移動(dòng)的非固定目標時(shí)可以應用攝影測量技術(shù)。
　　攝影測量可以繪制形態(tài)復雜的目標。在地形繪制中，應用經(jīng)緯儀測繪山區的地形將會(huì )顯得非常的困難，采集地形地貌的特征點(diǎn)時(shí)，如果丟失或缺少關(guān)鍵的特征點(diǎn)將會(huì )影響所繪地形圖的準確性。
　　影像資料可以重復使用，永久保存。一份影像資料客觀(guān)詳細的反映了該地的地表情況，成為記錄當地信息的重要資料，通過(guò)對不同時(shí)期的影像資料對比，可以研究該地的地貌變化特征和發(fā)展規律。
　　在進(jìn)行地貌測繪時(shí)，與全站儀的測繪方法相比，攝影測量有很大的優(yōu)勢。
　?、俪鰣D時(shí)間短，生產(chǎn)快；
　?、诓僮魅藛T勞動(dòng)強度低，以?xún)葮I(yè)工作為主。因為攝影工作將大部分測繪工作搬到了室內進(jìn)行；
　?、酃澕s測繪時(shí)所需要的經(jīng)費；
　?、軘z影測繪的地圖精度高，客觀(guān)逼真。
　　正因為攝影測量具有如此多的優(yōu)勢，所以這項技術(shù)的應用范圍在逐漸擴展。

　　2.2攝影測量的基本原理
　　攝影測量學(xué)的方法很多，其中航空攝影測量的理論是最常用的。航空攝影測量是利用飛機上攝取的地表相片為依據進(jìn)行量測判斷拍攝的地面上物體大小、形狀、空間位置關(guān)系，從而建立被攝取的地區的地形圖信息數據資料。航空攝影是利用安裝在飛機下部的攝影機，在一定的高度飛行按規定的時(shí)間間隔對要測繪的區域進(jìn)行連續重疊攝影。要求所拍攝的圖片能夠覆蓋整個(gè)待測區，并且有一定的重疊度。一般而言，航向重疊度應達到60％～70％，旁向重疊度應達到15％～30％。
　　3 攝影測量的發(fā)展歷史
　　攝影測量學(xué)發(fā)展至今已有二百多年的歷史了，最初叫圖像量測學(xué)。1837年，攝影技術(shù)發(fā)明后，才叫攝影測量學(xué)。數學(xué)家勃蘭特早在18世紀就論述了攝影測量學(xué)的基礎一一透視幾何理論。1889年，法國報導了第一張攝影像片的產(chǎn)生后，攝影測量學(xué)開(kāi)始了它的發(fā)展歷程。19世紀中葉，法國陸軍上校勞塞達利用所謂“明箱”裝置測制了萬(wàn)森城堡圖，這位上校被公認為“攝影測量之父”。
　　從19世紀中葉開(kāi)始至今，隨著(zhù)計算機技術(shù)以及數字圖像處理、模式識別、計算機視覺(jué)和人工智能等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，攝影測量與計算機學(xué)科相互滲透交叉，攝影測量在經(jīng)歷模擬攝影測量、解析攝影測量兩個(gè)發(fā)展階段后，現已進(jìn)入數字攝影測量階段，這對整個(gè)攝影測量的教學(xué)、科研、生產(chǎn)都產(chǎn)生了極其深遠的影響。
　　就攝影測量本身而言，從測繪的角度上來(lái)看數字攝影測量還是利用影像來(lái)進(jìn)行測繪的科學(xué)與技術(shù)；而從信息科學(xué)和計算機視覺(jué)科學(xué)的角度來(lái)看，它是利用影像來(lái)重建三維表面模型的科學(xué)與技術(shù)，也就是在“室內”重建地形的三維表面模型，然后在模型上進(jìn)行測繪。因此，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它與原來(lái)的攝影測量沒(méi)有區別。因而，在數字攝影測量系統中，整個(gè)的生產(chǎn)流程與作業(yè)方式，與傳統的攝影測量差別似乎不大，但是它給傳統的攝影測量帶來(lái)了重大的變革。事實(shí)上，數字攝影測量的許多概念，以及它在整個(gè)地理信息產(chǎn)業(yè)的影響，都遠遠超過(guò)模擬攝影測量到解析攝影測量的變革。
　　3.1模擬攝影測量
　　19世紀中葉，勞塞達利用攝影像片和所謂的“明箱”裝置，測制萬(wàn)森城堡圖．標志著(zhù)攝影測量的誕生。當時(shí)采用的是圖解法逐點(diǎn)測繪。直到本世紀初，才由維也納軍事地理研究所按奧雷爾的思想制成了“自動(dòng)立體測圖儀”，后來(lái)由德國卡爾蔡司廠(chǎng)進(jìn)一步發(fā)展，成功地制造出實(shí)用的“立體自動(dòng)測圖儀”。由于這些儀器均采用光學(xué)投影器或機械投影器或是光學(xué)--機械投影器“模擬”攝影過(guò)程，用它們交會(huì )被攝物體的空間位置，所以我們稱(chēng)之為“模擬攝影測量儀器”。因此，這一發(fā)展時(shí)期也被稱(chēng)為“模擬攝影測量時(shí)代”。在這時(shí)期，能夠用來(lái)解決攝影測量主要問(wèn)題的現有的全部的攝影測量測圖儀，實(shí)際上都以同樣的原理為基礎，這個(gè)原理可以稱(chēng)為“模擬原理”。儀器雖冠以“自動(dòng)”二字，但它只是說(shuō)能夠避免繁瑣的計算，即利用光學(xué)機械模擬的裝置，實(shí)現了復雜的攝影測量解算。但它并不是不需要人工來(lái)觀(guān)測。攝影測最技術(shù)的發(fā)展可以說(shuō)基本上是圍繞開(kāi)發(fā)十分昂貴的立體測圖儀來(lái)進(jìn)行的。到了六、七十年代，這種類(lèi)型的儀器發(fā)展到了頂峰。
　　3.2解析攝影測量
　　電子計算機的出現和自動(dòng)控制技術(shù)，模擬轉換技術(shù)的實(shí)用化，為攝影測量立體測圖儀的發(fā)展提供了新的技術(shù)條件。Helava于1957年提出了攝影測量的一個(gè)新概念，就是用“數字投影代替物理投影”。所謂“物理投影”就是指“光學(xué)的、機械的、或光學(xué)-機械的”模擬投影?！皵底滞队啊本褪抢秒娮佑嬎銠C實(shí)時(shí)地進(jìn)行共線(xiàn)方程的計算，從而交會(huì )被攝物體的空間位置。解析攝影測量是依據像點(diǎn)與相應的地面點(diǎn)間的數學(xué)關(guān)系，用電子計算機解算像點(diǎn)相應地面點(diǎn)的坐標并進(jìn)行測圖解算的技術(shù)。在解析攝影測量中，利用少量的野外控制點(diǎn)，加密測圖用的控制點(diǎn)或其它用途的更加密集的控制點(diǎn)的工作，叫做解析空中三角測量，也稱(chēng)為電算加密。
　　電算加密和解析測圖儀的出現標志著(zhù)攝影測量進(jìn)入解析攝影測量的時(shí)代。
　　解析測圖儀與模擬測圖儀的主要區別有三點(diǎn)：一是前者使用數字投影方式，后者使用模擬的物理投影方式。二是在儀器設計和結構上前者為由計算機控制的坐標量測系統，后者使用純光學(xué)、機械型的模擬測圖裝置。三是在操作方式上前者是計算機輔助的人工操作，后者是完全手工操作。

　　3.3數字攝影測量
　　用影像相關(guān)(或影像匹配)技術(shù)代替雙眼觀(guān)測，實(shí)現真正的自動(dòng)化測圖，采用數字方式實(shí)現攝影測量自動(dòng)化，這樣，攝影測量發(fā)展到了數字攝影測量階段。隨著(zhù)數字圖像處理、模式識別、人工智能、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )，專(zhuān)家系統和計算機視覺(jué)等學(xué)科的不斷發(fā)展，以及計算機性能的快速提高，數字攝影測量被公認為攝影測量的第三個(gè)階段。數字攝影測量就是以數字影像為基礎用電子計算機進(jìn)行分析和處理，確定被攝物體的形狀、大?。臻g位置及其性質(zhì)的技術(shù)。
　　數字攝影測量與模擬、解析攝影測量的最大區別在于：它處理的原始信息不僅可以是像片，更主要的是數字攝影(如CCD影像)或數字化影像，這最終是以計算機視覺(jué)代替人眼的主體觀(guān)測，因而它所使用的儀器最終將只是通用計算機及其相應外部設備。
　　攝影測量三個(gè)發(fā)展階段從時(shí)間上來(lái)看沒(méi)有嚴格準確的劃分：
　　在50年代早期，沒(méi)有計算機，那時(shí)的攝影測量就是要避免計算，對于制圖和影像輸出都采用模擬技術(shù)來(lái)實(shí)施。60年代早期出現第一批數字式計算機，但攝影測量還是沒(méi)能跳出傳統攝影測量的范圍。因此，以上時(shí)期屬于模擬攝影時(shí)期。到了70年代，正射影像和解析測圖儀的出現，標志著(zhù)解析攝影測量時(shí)代的到來(lái)。當時(shí)的攝影測量儀器制造業(yè)沒(méi)有參與軟件的研制而且沒(méi)有嚴格地考慮硬件，這種情況持續了10年。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了數字制圖和計算機圖形學(xué)的發(fā)展，同時(shí)遙感也逐漸發(fā)展，最終到了80年代左右，開(kāi)始了數字攝影測量的發(fā)展。
　　4 結語(yǔ)
　　攝影測量學(xué)從產(chǎn)生開(kāi)始，始終隨著(zhù)人類(lèi)對自然空間的探索而發(fā)展。數字攝影測量的出現可以說(shuō)是一個(gè)嶄新的開(kāi)始，標志著(zhù)它已成為現代信息學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域。新的工具和技術(shù)的出現，不僅不是攝影測量的空間的縮小，相反，它們給攝影測量的發(fā)展帶來(lái)了新的應用領(lǐng)域和研究課題。

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